بیوتکنولوژی مولکولی چیست؟

بیوتکنولوژی مولکولی که حوزه‌ای با رشد فوق العاده است، از تکنیک‍‌های آزمایشگاهی برای مطالعه و اصلاح اسیدهای نوکلئیک و پروتئین‌ها استفاده می‌کند.

بیوتکنولوژی مولکولی ناشی از همگرایی بسیاری از زمینه‌های تحقیقاتی مانند زیست شناسی مولکولی، میکروبیولوژی، بیوشیمی، ایمنی شناسی، ژنتیک و زیست شناسی سلولی است.

ابزارهای بیوتکنولوژی مولکولی را می‌توان در راستای توسعه و بهبود داروها، واکسن‌ها، درمان‌ها و آزمایش‌های تشخیصی که سلامت انسان و دیگر موجودات زنده را بهبود می‌بخشد،  و همچینین در بیوتکنولوژی مواد غذایی به کار برد.

رایج‌ترین کاربرد بیوتکنولوژی مولکولی تولید پروتئین‌های نوترکیب و درمان‌های مبتنی بر DNA است، اما در مهندسی ژنتیک، توالی‌یابی DNA و توسعه ابزارهای تشخیصی جدید نیز کاربرد دارد.

رشته بیوتکنولوژی مولکولی

 دانشجویان در این رشته چندین اصل اساسی را فرا می‌گیرند که چکیده آن‌ها به شرح زیر است:

دانشجویان دانشی را در خصوص اصول اساسی زیست شناسی فرا گرفته و نتایج را در صورت بروز عملکرد نادرست پیشبینی می‌کنند.

استفاده از نظریه تکاملی و معادلات مربوط به آن را برای مدل سازی و پیش بینی تغییر یا ثبات جمعیت فرا خواهند گرفت.

ارزیابی تأثیر تغییر ساختار بر یک سیستم بیولوژیکی و یا روابط بین سیستم‌ها را کسب خواهند کرد.

دانشجویان کاربرد شیوه‌های رسمی مشاهده، آزمایش و آزمون فرضیه را یاد خواهند گرفت.

آن‌ها همچنین در آخر توانایی ارزیابی ارزش‌های مربوط به معضلات اخلاقی را با استفاده از چارچوب‌های اخلاقی متعدد را کسب خواهند کرد.

کاربرد بیوتکنولوژی مولکولی

تولید پروتئین‌های نوترکیب:

پروتئین‌های نوترکیب پروتئین‌هایی هستند که با استفاده از تکنیک‌های مهندسی ژنتیک تولید می‌شوند. در این فرایند ژنی که پروتئین مورد نظر مارا کد می‌کند جداسازی شده، سپس در DNA یک ارگانیسم جاسازی شده و از این ارگانیسم حامل برای تولید این پروتئین استفاده می‌شود.

این تکنیک انقلابی در تولید پروتئین‌های درمانی ایجاد کرده است که  می‌تواند برای درمان بیماری‌هایی مانند سرطان، دیابت و آرتریت روماتوئید استفاده ‌شود.

یکی از مزایای اصلی تولید پروتئین نوترکیب این است که امکان تولید پروتئین‌هایی را فراهم می‌کند که در حالت طبیعی به دست آوردن آنها دشوار یا غیرممکن است.

به عنوان مثال، بسیاری از پروتئین‌های درمانی مانند هورمون‌های رشد و آنتی بادی‌های مونوکلونال به طور طبیعی توسط بدن انسان در مقادیر کم تولید می‌شوند که به دست آوردن آنها برای اهداف تحقیقاتی دشوار است. با استفاده از تولید پروتئین نوترکیب، دانشمندان می‌توانند این پروتئین‌ها را در مقادیر زیاد تولید کنند تا برای تحقیقات در دسترس‌تر باشند.

درمان‌های بر پایه DNA:

درمان‌های مبتنی بر DNA یک پیشرفت در بیوتکنولوژی مولکولی است. این روش به این صورت است که یک مولکول DNA طراحی شده که پروتئین درمانی را کد می‌کند ، وارد سلول‌های بیمار می‌شود و سپس از ماشین سلولی خود بیمار برای تولید پروتئین درمانی استفاده می‌کند.

یکی از مزایای اصلی درمان های مبتنی بر DNA این است که می‌توانند طوری طراحی شوند تا سلول‌ها یا بافت‌های خاصی را در بدن مورد هدف قرار دهند.

این روش امکان ایجاد درمان‌های هدفمندتر را فراهم می‌کند و خطرات ناشی از عوارض جانبی را کاهش می‌دهد. علاوه بر این، از آنجایی که سلول‌های خود بیمار برای تولید پروتئین درمانی استفاده می‌شود، خطر رد شدن توسط سیستم ایمنی کمتر است.

مهندسی ژنتیک:

مهندسی ژنتیک یکی دیگر از حوزه‌های بیوتکنولوژی مولکولی است که انقلابی در حوزه زیست شناسی ایجاد کرده است. این تکنیک شامل تغییر ساختار ژنتیکی با قرار دادن یا حذف ژن‌های خاص در یک ارگانیسم می‌باشد.

از این تکنیک برای بوجود آوردن ارگانیسم‌های اصلاح شده ژنتیکی (GMOs) استفاده می‌شود که در راستای کسب یک یا چند ویژگی خاص اصلاح شده‌اند.

یکی از کاربردهای اصلی مهندسی ژنتیک در کشاورزی است. دانشمندان می‌توانند محصولات زراعی را طوری اصلاح کنند تا در برابر آفات، خشکسالی یا سایر عوامل محیطی مقاوم‌تر شوند و بازده محصول را افزایش دهند و استفاده از آفت کش‌ها را کاهش دهند.

علاوه بر این، مهندسی ژنتیک برای ایجاد داروها و درمان های جدید مانند تولید انسولین در باکتری‌ها استفاده شده است.

تعیین توالی DNA:

تعیین توالی DNA یکی دیگر از ابزارهای مهم در بیوتکنولوژی مولکولی است. این تکنیک شامل تعیین ترتیب دقیق نوکلئوتیدها در یک مولکول DNA است. از این اطلاعات می‌توان برای شناسایی جهش‌های ژنتیکی یا توالی یابی کل ژنوم‌ها استفاده کرد.

توسعه فناوری‌های توالی یابی با دقت بالا، انقلابی در زمینه ژنومیک ایجاد کرده است و اکنون دانشمندان می‌توانند کل ژنوم‌ها را در عرض چند روز به جای هفته‌ها یا ما‌ ها توالی یابی کنند. این روش امکان انجام مطالعات جامع‌تری در مورد تنوع ژنتیکی، خطر بیماری و روابط تکاملی را فراهم کرده است.

حوزه‌های کاری بیوتکنولوژی مولکولی

بیوتکنولوژی مولکولی رشته‌ای است که به سرعت در حال گسترش و پیشرفت است و از تکنیک‌های زیست‌شناسی مولکولی برای توسعه راه‌حل‌هایی برای طیف وسیعی از مشکلات در زمینه‌های مختلف استفاده می‌کند .

این رشته طیف گسترده ای از موضوعات، از مهندسی ژنتیک و شبیه سازی مولکولی تا مهندسی پروتئین و زیست شناسی مصنوعی را در بر می‌گیرد.

این رشته در سال‌های اخیر شاهد پیشرفت‌های فوق‌العاده‌ای بوده است که دلیل آن توسعه فن‌آوری‌ها و تکنیک‌های جدید است که محققان را قادر می‌سازد تا سیستم‌های بیولوژیکی را در سطح مولکولی دستکاری و مهندسی کنند.

در نتیجه، بیوتکنولوژی مولکولی یک زمینه به سرعت در حال گسترش است که فرصت‌های متعددی را برای توسعه راه حل‌های جدید در زمینه‌های مختلف ارائه می‌دهد. کاربردهای بیوتکنولوژی مولکولی متنوع و گسترده است و مزایای بالقوه‌ای برای صنعت، پزشکی، کشاورزی و محیط زیست دارد.

شرکت‌های فعال در حوزه بیوتکنولوژی مولکولی

شرکت‌های بیوتکنولوژی مولکولی بخش مهمی از صنعت بیوتکنولوژی هستند که در سال‌های اخیر رشد سریعی را تجربه کرده‌اند. این شرکت‌ها در توسعه محصولات و خدمات در حوزه بیوتکنولوژی مولکولی که برای بهبود سلامت انسان، کشاورزی و محیط زیست طراحی شده‌اند، مشارکت دارند.

به عنوان مثال، شرکت‌هایی مانند Moderna و Pfizer واکسن‌های mRNA را برای COVID-19 با استفاده از بیوتکنولوژی مولکولی توسعه دادند. این واکسن‌ها نشان دهنده پتانسیلی هستند که بیوتکنولوژی مولکولی در زمینه پزشکی ارائه می‌دهد.

شرکت‌هایی مانند Syngenta و Monsanto  نمونه‌هایی از شرکت‌هایی هستند که در زمینه بیوتکنولوژی مولکولی در محصولات کشاورزی فعالیت می‌کنند.

شرکت‌هایی مانند BioGenex و Novozymes در توسعه آنزیم‌ها و میکروارگانیسم‌هایی که می‌توانند برای تجزیه آلاینده‌ها در محیط استفاده شوند، مشارکت دارند.

چند شرکت فعال در حوزه بیوتکنولوژی مولکولی

Amgen

Amgen یک شرکت بیوتکنولوژی است که در درجه اول در توسعه داروهای بیولوژیک نقش دارد. این شرکت چندین داروی پرفروش از جمله Enbrel، Neulasta و Aranesp.2 را تولید کرده است. Biogen

Biogen یک شرکت است که در توسعه درمان برای بیماری‌های عصبی متمرکز است. این شرکت چندین دارو از جمله Tecfidera، Avonex و Tysabri.3 را تولید کرده است.

Genentech       

Genentech در توسعه داروهای بیولوژیک نقش دارد. این شرکت چندین دارو از جمله Herceptin، Rituxan، و Avastin را توسعه داده است.

 Moderna

مدرنا یک شرکت بیوتکنولوژی است که در حوزه تولید واکسن‌ها و درمان‌های mRNA تمرکز دارد. این شرکت یکی از واکسن‌های کووید-19 را تولید کرد.

تهیه شده در آکادمی بیوتکنولوژی ایران

نویسنده :  زهرا جهان‌بخش